稠油油藏井間泥巖夾層對雙水平井SAGD開發(fā)效果的影響

唐　帥，劉鵬程，潘莉莉，吳永彬，張金川

(1.中國地質(zhì)大學(北京)能源學院，北京　100083；2.頁巖氣勘查與評價國土資源部重點實驗室，北京　100083；3.吉林油田 勘探開發(fā)研究院，吉林 松原　138000；4.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京　100083)

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稠油油藏井間泥巖夾層對雙水平井SAGD開發(fā)效果的影響

唐帥1,2，劉鵬程1,2，潘莉莉3，吳永彬4，張金川1,2

(1.中國地質(zhì)大學(北京)能源學院，北京100083；2.頁巖氣勘查與評價國土資源部重點實驗室，北京100083；3.吉林油田 勘探開發(fā)研究院，吉林 松原138000；4.中國石油勘探開發(fā)研究院，北京100083)

為定量描述稠油油藏蒸汽輔助重力泄油(SAGD)開采過程中注采井間夾層對雙水平井泄油通道與開發(fā)效果的影響，針對新疆油田A區(qū)塊，利用CMG數(shù)值模擬軟件建立了表征SAGD注采井間夾層的數(shù)值模擬模型，對注采井間存在不同大小、間距及物性夾層情況下的SAGD蒸汽腔發(fā)育形態(tài)與開發(fā)效果進行對比，得到了稠油油藏夾層非均質(zhì)影響SAGD開發(fā)的臨界特征參數(shù)。礦場實際的非均質(zhì)SAGD井組夾層展布特征、蒸汽腔發(fā)育特征及生產(chǎn)效果對比結果表明，得到的結論與礦場實踐一致，因此可用于指導并實現(xiàn)經(jīng)濟、高效的稠油油藏雙水平井SAGD開發(fā)。

蒸汽輔助重力泄油；井間泥巖夾層；泄油通道；產(chǎn)油量；累積油汽比

0　引　言

蒸汽輔助重力泄油技術(Steam Assisted Gravity Drainage)，簡稱SAGD，于1981年由加拿大的BUTLER等人提出[1]。其基本井網(wǎng)模式之一通常由兩口平行的水平井組成，其中上部水平井注蒸汽，下部水平井采油，在兩口水平井注蒸汽循環(huán)預熱，形成熱連通后，逐步形成一個蒸汽腔，受熱后具有流動性的原油流向生產(chǎn)井[2]。

國內(nèi)外很多學者通過不同的方式研究了儲層非均質(zhì)性對SAGD開發(fā)的影響，包括室內(nèi)實驗、現(xiàn)場SAGD生產(chǎn)監(jiān)測以及數(shù)值模擬方法等，證實了SAGD開發(fā)效果對儲層非均質(zhì)性非常敏感[3-7]。CHEN等人對近井地帶和井筒上方的泥巖分布情況進行隨機性模型模擬，研究了油藏非均質(zhì)性對SAGD開發(fā)效果的影響[8]。SHIN和DANG通過數(shù)值模擬研究認為兩口水平井之間的夾層對SAGD較敏感，而兩口水平井之上的夾層只有達到一定程度時，才對SAGD有較大的影響[9]。RAVALEC等人的研究表明，影響開發(fā)效果的主要因素取決于它們相對于井組的位置，最不利的位置是在注采井對之間存在夾層[10]。LI等人以Athabasca油田參數(shù)為基礎，通過二維數(shù)值模擬研究了泥頁巖夾層對SAGD的影響，研究表明，泥頁巖夾層的存在增大了泥頁巖夾層末端的流動阻力，泥頁巖夾層內(nèi)部的殘余水吸收了大量的蒸汽熱，從而降低了熱效率[11]。

綜上所述，對于稠油油藏SAGD開發(fā)，其開發(fā)效果與蒸汽腔的發(fā)育情況密切相關[12]。只有蒸汽腔沿著水平井方向發(fā)育，才能取得良好的開發(fā)效果，而儲層的非均質(zhì)性(如夾層、底水/頂水區(qū)域以及氣頂?shù)?，特別是儲層內(nèi)夾層是決定蒸汽腔發(fā)育均勻程度的關鍵因素，研究夾層如何影響SAGD開發(fā)效果，尋找突破SAGD夾層的方法是提高SAGD產(chǎn)量的關鍵[13-15]。因此，本文重點針對新疆油田A區(qū)塊井間泥頁巖夾層的尺寸、夾層間距離及夾層物性的影響進行細致分析，所得結論與礦場實踐一致，可用于指導稠油油藏雙水平井SAGD的井位部署，對規(guī)避地質(zhì)風險，實現(xiàn)SAGD高效開發(fā)具有重要指導意義。

1　數(shù)值模型的建立

以新疆油田A區(qū)塊的一個典型稠油油藏井組單元為基礎建立SAGD均質(zhì)模型，如(圖1(a))所示，模型沿著水平段切片，厚度為20 m，縱向網(wǎng)格步長為1 m，橫向網(wǎng)格步長2 m，注入井在生產(chǎn)井上方5 m處，夾層厚度為1 m。其中，模擬時使用的各儲層參數(shù)見表1。

圖1　數(shù)值模型切片示意圖Fig.1　Numerical model slicing

本次研究中引入了注采井間的夾層模型——BIP(interlayer between injector and producer)，即夾層位于注入井和生產(chǎn)井之間。同時，設計了兩種不同的類型：BIP-A表示夾層位于注采井對正中間，圖1(b)表示注采井對正中間存在大小10 m、間距6 m的泥頁巖夾層的實例模型，BIP-A型夾層直接阻擋了注采井間的流動通道；BIP-B表示夾層位于注采井對斜中間，圖1(c)表示泥頁巖夾層位于注采井對斜中間，大小10 m、間距6 m，BIP-B型夾層并沒有直接阻擋注采井正中間的流動通道。

表1　新疆油田A區(qū)塊儲層參數(shù)統(tǒng)計表

研究模擬BIP型夾層的尺寸從8 m變化到20 m，夾層間距為2 m或者6 m，滲透率從0變化至100×10-3μm2，并與無夾層情況進行對比。

2　夾層展布形態(tài)的影響

2.1 夾層大小的影響

為了研究BIP型夾層的大小對SAGD生產(chǎn)動態(tài)的影響，分別模擬了注采井對正中間(BIP-A)及斜中間(BIP-B)情況下不同尺寸泥巖夾層對SAGD開發(fā)效果的影響，模擬的泥巖夾層大小在8～20 m之間變化，夾層間距為6 m。

2.1.1夾層在注入井與生產(chǎn)井正中間(BIP-A)

夾層位于注入井與生產(chǎn)井正中間，夾層間距6 m，模擬夾層大小分別為8 m、12 m、16 m、20 m。研究結果表明，BIP-A型夾層的尺寸越大，對SAGD開發(fā)效果影響越大；產(chǎn)量高峰時間越滯后，生產(chǎn)初期累積油汽比越低。井對正中間分布的夾層，擋住注采井井間的流通通道，降低了泄流速度，推遲了泄油高峰時間(圖2和圖3)。

圖2　注采井對正中間不同夾層大小的產(chǎn)油量Fig.2　Oil production rates for BIP-A interlayers with various sizes

圖3　注采井對正中間不同夾層大小的累積油汽比Fig.3　Cumulative oil steam ratios for BIP-A interlayers with various sizes

注采井間的夾層一旦影響泄油通道，將大大影響蒸汽腔的發(fā)育規(guī)模、發(fā)育速度和泄油峰值(圖4)。

圖4　注采井對正中間存在不同大小夾層的溫度場圖Fig.4　Temperature field for BIP-A interlayers with various sizes

2.1.2夾層在注入井與生產(chǎn)井斜中間(BIP-B)

夾層位于注入井與生產(chǎn)井斜中間，夾層間距6 m，模擬夾層大小分別為8 m、12 m、16 m、20 m。

圖5　注采井對斜中間不同夾層大小的產(chǎn)油量Fig.5　Oil production rates for BIP-B interlayers with various sizes

圖6　注采井對斜中間不同夾層大小的累積油汽比Fig.6　Cumulative oil steam ratios for BIP-B interlayers with various sizes

由圖5和圖6的模擬結果可以看出，BIP-B型夾層的大小對SAGD無明顯的影響。產(chǎn)量高峰時間基本一致，只是產(chǎn)量高峰值略有降低，累積油汽比也呈現(xiàn)相似規(guī)律。同樣證實了一旦形成有效的流動通道，注采井間便可以建立起熱循環(huán)。

2.2夾層間距的影響

2.2.1夾層在注入井與生產(chǎn)井正中間(BIP-A)

當夾層位于注采井對正中間時，模擬夾層展布范圍為16 m大小，夾層間距分別為2 m和6 m時對SAGD開發(fā)效果的影響，由圖7和圖8可知，在注采井對正中間相同位置處，夾層間距對SAGD開發(fā)效果的影響極小，隨著間距的縮小，產(chǎn)油高峰值及達到峰值的時間基本不變，只是生產(chǎn)初期累積油汽比略有減小，最終仍達到一致。

圖7　注采井對正中間不同間距夾層情況下的產(chǎn)油量Fig.7　Oil production rates for BIP-A interlayers with various distances

圖8　注采井對正中間不同間距夾層情況下的累積油汽比Fig.8　Cumulative oil steam ratios for BIP-A interlayers with various distances

2.2.2夾層在注入井與生產(chǎn)井斜中間(BIP-B)

為了研究注采井間夾層的間距對SAGD開發(fā)效果的影響，模擬研究了夾層大小為16 m，夾層間距分別為2 m和6 m的情況。

由圖9和圖10可知，在注采井對斜中間相同位置處，夾層間距對SAGD開發(fā)效果的影響十分明顯，夾層間距越小，對產(chǎn)量影響越大。隨著間距的縮小，生產(chǎn)初期累積油汽比逐漸減小，產(chǎn)量高峰值也大幅度降低，但是產(chǎn)油高峰時間基本保持不變，沒有被推遲。

圖9　注采井對斜中間不同間距夾層情況下的產(chǎn)油量Fig.9　Oil production rates for BIP-B interlayers with various distances

圖10　注采井對斜中間不同間距夾層情況下的累積油汽比Fig.10　Cumulative oil steam ratios for BIP-B interlayers with various distances

2.3夾層物性的影響

2.3.1夾層在注入井與生產(chǎn)井正中間(BIP-A)

注采井對正中間，夾層范圍16 m，夾層間距6 m，模擬了夾層滲透率分別為0、10×10-3μm2、50×10-3μm2、100×10-3μm2情況下的生產(chǎn)情況，并與無夾層情況進行對比。

圖11　井對正中間不同滲透率夾層的產(chǎn)油量Fig.11　Oil production rates for BIP-A interlayers with various permeabilities

圖12　井對正中間不同滲透率夾層的累積油汽比Fig.12　Cumulative oil steam ratios for BIP-A interlayerswith various permeabilities

對比結果表明：當夾層在注采井對正中間時，夾層滲透率越低，對應的產(chǎn)油量和初期油汽比也越低(圖11和圖12)；當夾層滲透率大于50×10-3μm2時，蒸汽能比較容易進入夾層并穿過夾層，夾層對SAGD開發(fā)效果影響較小，而當夾層滲透率小于50×10-3μm2時，蒸汽較難直接突破夾層，預熱效果較差，影響SAGD高效開發(fā)(圖13)。

圖13　井對正中間存在不同滲透率夾層下的溫度場　Fig.13　Temperature field for BIP-A interlayers withvarious permeabilities

2.3.2夾層在注入井與生產(chǎn)井斜中間

注采井對斜中間，夾層范圍16 m，夾層間距6 m，模擬了夾層滲透率分別為0、10×10-3μm2、50×10-3μm2、100×10-3μm2情況下的生產(chǎn)情況，并與無夾層情況進行對比，得出：當夾層在注采井對斜中間時，夾層滲透率大于10×10-3μm2時，對生產(chǎn)效果無明顯影響；當夾層滲透率小于10×10-3μm2時，隨著夾層滲透率的降低，其產(chǎn)油量越低，初期油汽比也越低(圖14和圖15)。

圖14　井對斜中間不同滲透率夾層的產(chǎn)油量Fig.14　Oil production rates for BIP-B interlayers with various permeabilities

圖15　井對斜中間不同滲透率夾層的累積油汽比Fig.15　Cumulative oil steam ratios for BIP-B interlayers with various permeabilities

由此可見，夾層的物性對蒸汽腔發(fā)育有重要影響，存在一定滲透性的物性夾層的油藏通常在SAGD生產(chǎn)足夠長的時間后可發(fā)育蒸汽腔，而滲透性較低的巖性夾層則完全對蒸汽腔形成遮擋，很難有蒸汽腔穿過該夾層。

3　應用實例

以新疆油田某SAGD試驗區(qū)某典型井對為例，從凈毛比分布圖(圖16)中可以發(fā)現(xiàn)該井對注采井間發(fā)育兩個泥質(zhì)夾層，其中夾層A位于水平段腳跟位置，夾層B位于水平段腳尖位置，已知兩個夾層的物性如下。

圖16　某井對凈毛比分布圖Fig.16　Net to gross profile for a certain well pair夾層A：厚度1.8 m，展布范圍120 m，滲透率102×10-3μm2，凈毛比26%；夾層B：厚度3.5 m，展布范圍85 m，滲透率5×10-3μm2，凈毛比0.08%

圖17　蒸汽腔發(fā)育溫度場示意圖Fig.17　Steam chamber development on temperature profile

從蒸汽腔發(fā)育情況(圖17)可見，注采井間夾層厚度及滲透率等夾層物性，對蒸汽腔的發(fā)育有重要影響，其中夾層A具有一定的滲透性，為砂質(zhì)泥巖夾層，滲透率達到了102×10-3μm2，因此雖然對SAGD泄油通道造成了一定影響，但是仍然在該位置有蒸汽腔發(fā)育，溫度有所增高，但夾層B為純泥巖夾層，幾乎沒有滲透性，因此在注蒸汽過程中，很難有蒸汽腔發(fā)育，溫度為增加，與前文理論模擬研究相符。

4　結　論

(1)注入井與生產(chǎn)井之間的泥頁巖夾層(BIP型夾層)對SAGD開發(fā)效果影響較大，BIP-A型相對于BIP-B型影響更嚴重。BIP-A型夾層擋住注采井井間的流通通道，將大大影響蒸汽腔的發(fā)育規(guī)模、發(fā)育速度和泄油峰值；BIP-B型夾層只是使得產(chǎn)量高峰值略有降低，產(chǎn)量高峰時間基本一致，累積油汽比也呈現(xiàn)相似規(guī)律。

(2)BIP-B型實例中，夾層的間距越小，對產(chǎn)量的影響越大。隨著間距的縮小，生產(chǎn)初期累積油汽比逐漸減小，產(chǎn)量高峰值也大幅度降低。

(3)夾層物性的影響：夾層位于注采井對正中間的情況下，當夾層滲透率大于50×10-3μm2時，蒸汽能比較容易進入夾層，夾層對SAGD開發(fā)效果影響較小，夾層滲透率小于50×10-3μm2時，夾層滲透率越低，對應的產(chǎn)油量、采出程度越低，初期油汽比也越低；當夾層在注采注采井對斜中間時，滲透率的界限值為10×10-3μm2。

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Effects of Shale Interlayers Between Injector-producer on SAGD Performance with Dual-Horizontal Wells for Heavy Oil Reservoir

TANG Shuai1,2，LIU Pengcheng1,2，PAN Lili3，WU Yongbin4，ZHANG Jinchuan1,2

(1.SchoolofEnergyResources,ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China;2.KeyLaboratoryofShaleGasExplorationandEvaluation,MinistryofLandandResources,Beijing100083,China;3.PetroleumExplorationandDevelopmentResearchInstituteofJilinOilfieldCompany,Songyuan,Jilin138000,China;4.PetroChinaResearchInstituteofPetroleumExploration&Development,Beijing100083,China)

In order to describe the effects of the interlayers between injector and producer on the drainage channel and performance of steam assisted gravity drainage (SAGD) with dual horizontal wells quantificationally, a series of numerical simulation models characterizing SAGD reservoir wells with the interlayers between producer and injector (BIP) were established by numerical simulation software-CMG based on Block A in Xinjiang Oilfield. The development of steam chambers and SAGD performances under different sizes, distances and physical properties of BIP interlayers were contrastively analyzed to obtain the threshold parameters affecting SAGD development. The result in this paper agrees with the field practices by contrast, which has an important guiding significance to the realization of dual-horizontal SAGD economical and efficient development.

steam assisted gravity drainage(SAGD); shale interlayer between injector and producer; drainage channel; oil rate; cumulative oil steam ratio

2015-04-07；改回日期：2015-06-11；責任編輯：孫義梅。

國家科技重大專項“國內(nèi)油氣開發(fā)發(fā)展戰(zhàn)略研究”(2016ZX05016-006)。

唐帥，女，博士研究生，1988年出生，石油與天然氣工程專業(yè)，現(xiàn)從事非常規(guī)油氣田開發(fā)等相關方向的研究。Email：tangshuaier@163.com。

劉鵬程，男，副教授，1969年出生，油藏工程專業(yè)，主要從事油氣田開發(fā)工程的教學和科研工作。

Email：liupengcheng8883@sohu.com。

TE34

A

1000-8527(2016)02-0388-06